JP2014202192A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】これまで金属活性種として使用できなかった銅等の元素を任意に選択還元型触媒の金属活性種として選択し得るようにする。【解決手段】排気管２（排気流路）の終端部に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒４を装備し、該選択還元型触媒４より上流側に還元剤として尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置に関し、前記選択還元型触媒４より下流側に、該選択還元型触媒４から脱離した金属活性種を捕捉することが可能なウォールスルー型式のフィルタ１１を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが考えられている。

このようにする場合、選択還元型触媒への尿素水の添加がパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれるという不具合がある。

そこで、図３に示す如く、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２（排気流路）の終端部に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようにした排気浄化装置が創案されるに到った。

ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出すミキシングパイプ７Ｂと、該ミキシングパイプ７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ７Ｂ内に尿素水を添加するための尿素水添加用インジェクタ８（尿素水添加手段）が前記ミキシングパイプ７Ｂの出側端部側へ向けて装備されている。

尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。

そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ７Ｂの途中で尿素水添加用インジェクタ８から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。

この際、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。

しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。

尚、この種のパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とを並列に配置してＳ字構造の連絡流路７により連結した排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２００８−１９６３２８号公報

しかしながら、図３に一例を示す如き排気浄化装置に用いられている選択還元型触媒４にあっては、その性能が金属活性種によって大きく変わることが知られており、例えば、図４に縦軸をＮＯx浄化率とし且つ横軸を前段の酸化触媒９におけるＰｔ／Ｐｄ量としたグラフで鉄の場合（Ｆｅ系触媒）と銅の場合（Ｃｕ系触媒）とを比較して示している通り、一般的な金属活性種として用いられている鉄よりも、銅を金属活性種として用いた場合の方が性能（ＮＯx浄化率）が高いことが既に判っているが、現在の日本の法規では、選択還元型触媒を用いて排気浄化を行うシステムを備えた自動車に関して、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅の指定６元素を大気放出しないことが定められており、高い性能が得られることが判っている銅を金属活性種として用いることができないという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑みてなしたもので、これまで金属活性種として使用できなかった銅等の元素を任意に選択還元型触媒の金属活性種として選択し得るようにすることを目的とする。

本発明は、排気流路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒より上流側に還元剤として尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、前記選択還元型触媒より下流側に、該選択還元型触媒から脱離した金属活性種を捕捉することが可能なウォールスルー型式のフィルタを配置したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、選択還元型触媒から金属活性種が脱離して下流側へ飛散するような事態が生じても、その飛散した金属活性種がウォールスルー型式のフィルタを通過する間に捕捉されて前記金属活性種の大気放出が防止されるので、前記選択還元型触媒の金属活性種を任意に選択することが可能となる。

また、本発明においては、選択還元型触媒の金属活性種として銅が採用されていることが好ましく、このようにすれば、これまで金属活性種として一般的に用いられてきた鉄の場合と比較して大幅な性能向上を図ることが可能となる。

尚、本発明をより具体的に実施するにあたっては、ウォールスルー型式のフィルタに、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒を担持させるようにしても良いし、選択還元型触媒とウォールスルー型式のフィルタとの間に、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒を配置するようにしても良い。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、選択還元型触媒から離脱した金属活性種の大気放出を防止することができるので、これまで金属活性種として使用できなかった銅等の元素を任意に選択還元型触媒の金属活性種として選択することができ、選択還元型触媒の大幅な性能向上を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項３、４に記載の発明によれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過した余剰のアンモニアをアンモニア低減触媒により酸化処理することができるので、余剰のアンモニアの大気放出を著しく抑制することができ、特にウォールスルー型式のフィルタにアンモニア低減触媒を担持させた場合には、フィルタとアンモニア低減触媒の配置スペースを個別に確保しなくて済むことによりコンパクトな配置を実現することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 本発明の別の形態例を示す概略図である。 従来例を示す概略図である。 金属活性種が鉄の場合と銅の場合での性能を比較したグラフである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１に示す如く、本形態例においては、先に図３で説明したものと同様に構成した排気浄化装置における選択還元型触媒４の金属活性種として銅を採用し、この選択還元型触媒４より下流の排気管２に、前記選択還元型触媒４から離脱した金属活性種としての銅を捕捉することが可能なウォールスルー型式のフィルタ１１を配置したところを特徴としている。

ここで、ウォールスルー型式のフィルタ１１は、実質的に上流側に配置されているパティキュレートフィルタ３と略同様の構造を成すものであり、より具体的には、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成し、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガス１のみが下流側へ排出され、前記選択還元型触媒４から離脱した銅が前記多孔質薄壁により捕捉されるようになっている。

また、特に本形態例においては、ウォールスルー型式のフィルタ１１に、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒を担持させるようにしており、ウォールフロー型式（格子状に区画された各流路をストレートに流れ抜ける型式）となっていた既存のアンモニア低減触媒１０（図３参照）の配置スペースをそのまま利用して前記フィルタ１１を配置するようにしている。

而して、このようにすれば、選択還元型触媒４から銅が脱離して下流側へ飛散するような事態が生じても、その飛散した銅がウォールスルー型式のフィルタ１１を通過する間に捕捉されて前記銅の大気放出が防止されるので、前記選択還元型触媒４の金属活性種に、これまで使用できなかった銅を選択することが可能となり、一般的な金属活性種として用いられてきた鉄の場合と比較して大幅な性能向上を図ることができる。

しかも、ウォールスルー型式のフィルタ１１に、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒を担持させるようにしているので、選択還元型触媒４を未反応のまま通過した余剰のアンモニアをアンモニア低減触媒により酸化処理することができ、余剰のアンモニアの大気放出を著しく抑制することができると共に、フィルタ１１とアンモニア低減触媒１０（図３参照）の配置スペースを個別に確保しなくて済むことによりコンパクトな配置を実現することができる。

また、図２は本発明の別の形態例を示すもので、先の図１の形態例でウォールスルー型式のフィルタ１１にアンモニア低減触媒を担持させていたことに替え、選択還元型触媒４とウォールスルー型式のフィルタ１１との間に、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０を別個に配置したものである。

このようにした場合にも、選択還元型触媒４から脱離して下流側へ飛散した銅をウォールスルー型式のフィルタ１１により捕捉して前記銅の大気放出を防止することができるので、前記選択還元型触媒４の金属活性種に、これまで使用できなかった銅を選択することができ、一般的な金属活性種として用いられてきた鉄の場合と比較して大幅な性能向上を図ることができる。

しかも、選択還元型触媒４とウォールスルー型式のフィルタ１１との間にアンモニア低減触媒１０を別個に配置しているので、選択還元型触媒４を未反応のまま通過した余剰のアンモニアをアンモニア低減触媒１０により酸化処理することができ、余剰のアンモニアの大気放出を著しく抑制することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、選択還元型触媒の金属活性種として銅を採用する場合を好適な例として説明しているが、選択還元型触媒の金属活性種として採用し得る元素は銅に限定されるものではなく、任意な元素を選択することが可能であること、また、パティキュレートフィルタとの併用は任意に選択して良いものであり、その配置形式についても図示例の如き並列配置に限定されるものではないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 排気ガス
２ 排気管（排気流路）
４ 選択還元型触媒
８ 尿素水添加用インジェクタ
１０ アンモニア低減触媒
１１ ウォールスルー型式のフィルタ

Claims (4)

1. 排気流路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒より上流側に還元剤として尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、前記選択還元型触媒より下流側に、該選択還元型触媒から脱離した金属活性種を捕捉することが可能なウォールスルー型式のフィルタを配置したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 選択還元型触媒の金属活性種として銅が採用されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. ウォールスルー型式のフィルタに、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が担持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 選択還元型触媒とウォールスルー型式のフィルタとの間に、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。

Images